《自动控制原理》作业
(整理)自动控制原理习题
《自动控制原理》习题习题11有一水位控制装置如图所示。
试分析它的控制原理,指出它是开环控制系统闭环控制系统?说出它的被控量,输入量及扰动量是什么?绘制出其系统图。
2 某生产机械的恒速控制系统原理如图所示。
系统中除速度反馈外,还设置了电流正反馈以补偿负载变化的影响。
试标出各点信号的正负号并画出框图。
3图示为温度控制系统的原理图。
指出系统的输入量和被控量,并画出系统框图。
4.自动驾驶器用控制系统将汽车的速度限制在允许范围内。
画出方块图说明此反馈系统。
5.双输入控制系统的一个常见例子是由冷热两个阀门的家用沐浴器。
目标是同时控制水温和流量,画出此闭环系统的方块图,你愿意让别人给你开环控制的沐浴器吗?6.开环控制系统和闭环控制系统各有什么优缺点?7.反馈控制系统的动态特性有哪几种类型?生产过程希望的动态过程特性是什么?习题21 试分别写出图示各无源网络的传递函数。
习题1图2 求图示各机械运动系统的传递函数。
(1)求图a的=?(2)求图b的=?(3) 求图c的=?习题2图3 试分别写出图中各有源网络的传递函数U2(s)/ U1(s)。
习题3图4交流伺服电动机的原理线路和转矩-转速特性曲线如图所示。
图中,u为控制电压.T 为电动机的输出转矩。
N为电动机的转矩。
由图可T与n、u呈非线性。
设在某平衡状态附近用增量化表示的转矩与转速、控制电压关系方程为k n、k c为与平衡状态有关的值,可由转矩-转速特性曲线求得。
设折合到电动机的总转动惯量为J,粘滞摩擦系数为f,略去其他负载力矩,试写出交流伺服电动机的方程式并求输入为u c,输出为转角θ和转速为n时交流伺服电动机的传递函数。
习题4图5图示一个转速控制系统,输入量是电压V,输出量是负载的转速 ,画出系统的结构图,并写出其输入输出间的数学表达式。
习题5图6 已知一系统由如下方程组组成,试绘制系统框图,求出闭环传递函数。
7 系统的微分方程组如下:其中K0,K1,K2,T均为正常数。
自动控制原理期末作业
自动控制原理作业3-16.一种新型轮椅装有一种非常实用的速度控制系统,使颈部以下有残疾的人士也能自行驾驶这种轮椅,该系统在头盔上以90度间隔安装了四个速度传感器,用来指示前后左右四个方向,头盔传感器系统的综合输出与头部运动的幅值成正比。
图3-51给出了该控制系统的结构图,其中时间常数T1=0.5s ,T3=1s ,T4=0.25s 。
要求:1)确定使系统稳定的K 的取值(K=K1K2K3);2)确定增益K 的取值,使系统单位阶跃响应的调节时间等于4s(Δ=2‰),计算此时系统的特征根,并用MATLAB 方法确定系统超调量σ%和调节时间ts(Δ=2‰).图3-51 轮椅控制系统解:(1)是系统稳定的K 值范围。
由系统结构图得知,系统开环传递函数81478)1)(125.0)(15.0(321)(23++=+++=S S S KS S S K K K s G闭环传递函数:)1(81478)(23k s s s ks +++=φ闭环特征方程:0)1(8147)(23=++++=k s s s s D实际速度预期速度劳斯表:)1(87890)1(87141023k s ks k s s +-+ 由劳斯判断知:使闭环稳定的K 值范围:-1<K<11.25 (2)确定使t=4S 时的K 值及特征根。
由于44.4==ns t ξω (Δ=2%)可得1.1=n ξω,所以希望特征方程为:)2.2()2.2()2.2)(()2)((22232222=+++++=+++=+++nn n n n b s b s b s s s b s s b s ωωωωξω但实际闭环系统特征方程为:0)1(81473)(2=++++=k s s s s D比较希望方程与实际特征方程可得:142.272.22=+=+b b nω )1(82k b n+=ω 解得:b=4.8 85.1n ω K=1.05此时闭环特征方程跟为:0)42.32.2)(8.4(2=+++s s s 所以系统的特征根是: S 1,2=--1.1+-j1.49, S 3=-4.8用MATLAB 验证: 系统的特征根为:P 1.2 =-1.1035+-j1.4816 P 3 =-4.7929 绘出的单位阶跃响应曲线如图,并可测得:超调量σ%=8.78%,调节时间t 3 =3.44s (Δ=2%)>> T1=0.5;T3=1;T4=0.25;K=1.05; >> num1=[K];den1=[T1 1];>> num2=[1];den2=[T3*T4 T3+T4 1]; >> [numc,denc]=series(num1,den1,num2,den2); >> [num,den]=cloop(numc,denc) num =0 0 0 1.0500den =0.1250 0.8750 1.7500 2.0500>> roots(den)ans =-4.7929 + 0.0000i-1.1035 + 1.4846i-1.1035 - 1.4846i>> t=0:0.01:10;>> figure>> step(num,den,t);>> grid5-18.在脑外科,眼外科等手术中,患者肌肉的无意识运动可能会导致灾难性后果。
大工春《自动控制原理》在线作业
大工11春《自动控制原理》在线作业1一、单选题(共10 道试题,共50 分。
)1. 判定一个系统是否稳定有多种方法,其中不包括()。
A. 劳斯判据法B. 奈奎斯特判据法C. 李雅普诺夫第二方法D. 信号流图法2. 当二阶系统为()响应时,系统的特征根为共轭虚根。
A. 欠阻尼B. 过阻尼C. 无阻尼D. 临界阻尼3. 若系统劳斯阵列表的第k行所有系数(),则系统要么不稳定,要么处于临界稳定状态。
A. 均为零B. 均为1C. 不为零D. 恒定4. 测速发电机属于()。
A. 比例环节B. 惯性环节C. 积分环节D. 振荡环节5. 下列哪种输入信号属于斜坡函数()。
A. 突然转换B. 突然合闸C. 负荷突变D. 数控机床加工斜面的进给指令6. 电枢控制的直流电动机属于()。
A. 一阶系统B. 二阶系统C. 三阶系统D. 四阶系统7. ()是经典控制理论中最基本也是最重要的概念。
A. 传递函数B. 频率法C. 根轨迹法D. 微分方程8. ()又称为参考输入。
A. 给定值B. 被控量C. 反馈通道D. 前向通道9. 高阶系统找到一对()就可近似地当作二阶系统来分析。
A. 主导零点B. 主导极点C. 共轭复数主导极点D. 共轭实数主导极点10. 用()建立模型时,是通过系统本身机理的分析确定模型的结构和参数,从理论上推导出系统的数学模型。
A. 数学法B. 差分法C. 演绎法D. 归纳法二、判断题(共10 道试题,共50 分。
)1. 如果系统受到扰动,偏离了平衡点,但当扰动消失后,能回到原平衡点,称这个系统是稳定的。
B. 正确2. 一般对有超调的系统常定义响应曲线的上升时间从稳态值10%-90%所需时间。
A. 错误3. 传递函数的零点、极点分布图表征了系统的动态性能。
B. 正确4. 过阻尼系统反应迟钝,动作缓慢,所以一般控制系统都不设计成过阻尼系统。
B. 正确5. 前向通路的各增益乘积称为前向通路增益。
B. 正确6. 静态条件是指变量的各阶导数为零。
自动控制原理作业习题
《自动控制原理》作业习题1-1试举几个开环与闭环自动控制系统的例子,画出它们的框图,并说明它们的工作原理,讨论其特点。
1-2闭环自动控制系统是由哪些环节组成的?各环节在系统中起什么作用?1-3图P1-1所示,为一直流发电机电压自动控制系统。
图中,1为发电机;2为减速器;3为执行机构;4为比例放大器;5为可调电位器。
(1)该系统由哪些环节组成,各起什么作用?(2)绘出系统的框图,说明当负载电流变化时,系统如何保持发电机的电压恒定。
(3)该系统是有差还是无差系统?(4)系统中有哪些可能的扰动?U的极性接反,成为正反馈1-4图1-6所示闭环调速系统,如果将反馈电压f系统,对系统工作有什么影响?此时各环节工作于什么状态?电动机的转速能否按照给定值运行?1-5图P1-2为仓库大门自动控制系统。
试说明自动控制大门开启和关闭的工作原理。
如果大门不能全开或全关,则怎样进行调整?图P1-1 电压自动控制系统图P1-2 仓库大门控制系统2-1 试求出图P2-1中各电路的传递函数。
图P2-12-2 试求出图P2-2中各有源网络的传递函数。
图P2-22-3 求图P2-3所示各机械运动系统的传递函数。
(1)求图(a )的 ()()?=s X s X r c (2)求图(b )的()()?=s X s X r c (3)求图(c )的()()?12=s X s X (4)求图(d )的 ()()?1=s F s X图P2-32-4 图P2-4所示为一齿轮传动机构。
设此机构无间隙、无变形,求折算到传动轴上的等效转动惯量、等效粘性摩擦系数和()()()s M s s W 2θ=。
图P2-4 图P2-52-5 图P2-5所示为一磁场控制的直流电动机。
设工作时电枢电流不变,控制电压加在励磁绕组上,输出为电机角位移,求传递函数()()()s u s s W r θ=。
2-6 图P2-6所示为一用作放大器的直流发电机,原电机以恒定转速运行。
自动控制原理作业及答案.
j (1
15 j 2)(1
j
6)
A constant gain K=15 20lg K 23.5dB A pole at origin slope: -20dB/dec A pole at ω=2 slope: -20dB/dec A pole at ω=6 slope: -20dB/dec
③ A pole at ω= 2
slope: -20dB/dec
④ A zero at ω= 3
slope: 20dB/dec
⑤ A pole at ω= 4
slope: -20dB/dec
⑥ A zero at ω= 5
《自动控制原理》
slope: 20dB/dec
第五章 控制系统的频域分析
(1) Logarithm magnitude frequency characteristic Asymptote
101
/ rad / sec
第五章 控制系统的频域分析
2. A control system has an open-loop transfer function G(s)H (s) (s 3)(s 5) s(s 2)(s 4)
Sketch Bode diagram of the system.
6)
15
《自动控制原理》
K1 15 Select K1 15
第五章 控制系统的频域分析
(2) Draw the Bode plot of K1GH0( j) , and evaluate c0 , pm0 and GM0 .
K1GH0( j)
K1G0( j)
180 j( j 2)( j 6)
自动控制原理作业
⾃动控制原理作业⾃动控制原理作业1、下图是仓库⼤门⾃动控制系统原理⽰意图。
试说明系统⾃动控制⼤门开、闭的⼯作原理,并画出系统⽅框图。
2、下图为⼯业炉温⾃动控制系统的⼯作原理图。
分析系统的⼯作原理,指出被控对象、被控量和给定量,画出系统⽅框图。
3、⽤离⼼调速器的蒸汽机转速控制系统如图所⽰。
其⼯作原理是:当蒸汽机带动负载转动的同时,通过圆锥齿轮带动⼀对飞锤作⽔平旋转。
飞锤通过铰链可带动套筒上下滑动,套筒内装有平衡弹簧,套筒上下滑动时可拨动杠杆,杠杆另⼀端通过连杆调节供汽阀门的开度。
在蒸汽机正常运⾏时,飞锤旋转所产⽣的离⼼⼒与弹簧的反弹⼒相平衡,套筒保持某个⾼度,使阀门处于⼀个平衡位置。
如果由于负载增⼤使蒸汽机转速ω下降,则飞锤因离⼼⼒减⼩⽽使套筒向下滑动,并通过杠杆增⼤供汽阀门的开度,从⽽使蒸汽机的转速回升。
同理,如果由于负载减⼩使蒸汽机的转速ω增加,则飞锤因离⼼⼒增加⽽使套筒上滑,并通过杠杆减⼩供汽阀门的开度,迫使蒸汽机转速回落。
这样,离⼼调速器就能⾃动地抵制负载变化对转速的影响,使蒸汽机的转速ω保持在某个期望值附近。
指出系统中的被控对象、被控量和给定量,画出系统的⽅框图。
4、电压调节系统如图所⽰:分析系统的⼯作原理,指出被控对象、被控量和给定量,画出系统⽅框图。
5、下图为函数记录仪函数记录仪是⼀种通⽤记录仪,它可以在直⾓坐标上⾃动描绘两个电量的函数关系。
同时,记录仪还带有⾛纸机构,⽤以描绘⼀个电量对时间的函数关系。
请说明其组成、⼯作原理。
并画出系统⽅框图。
6、下图为⽕炮⽅位⾓控制系统原理图,请说明其⼯作原理,并画出系统⽅框图。
7、试⽤梅逊公式法化简下⾯动态结构图,求如图所⽰系统的传递函数)()(s R s C 。
8、试⽤梅逊公式法求如图所⽰系统的传递函数)()(s R s C 。
9、⽅框图如图所⽰,⽤梅逊公式化简⽅框图求)()(s R s C 。
10、已知系统⽅程组如下:=-=-=--=)()()()()]()()([)()]()()()[()()()]()()[()()()(3435233612287111s X s G s C s G s G s C s X s X s X s G s X s G s X s C s G s G s G s R s G s X 试绘制系统结构图,并求闭环传递函数)() (s R s C 。
大工14秋《自动控制原理》在线作业1答案
自动控制原理大工14秋《自动控制原理》在线作业1 一,单选题1. 控制系统的动态模型不包括()。
A. 微分方程B. 偏微分方程C. 差分方程D. 恒值?正确答案:D2. 弹簧-质量-阻尼器系统属于()。
A. 一阶系统B. 二阶系统C. 三阶系统D. 四阶系统?正确答案:B3. 电位器可认为是()。
A. 比例环节B. 惯性环节C. 积分环节D. 振荡环节?正确答案:A4. 对于线性定常系统的性能分析不包括()。
A. 常值B. 动态性能C. 稳定性D. 稳态误差?正确答案:A5. ()接受控制量并输出被控量。
A. 被控对象B. 比较装置C. 计算装置D. 放大装置?正确答案:A6. 目前,非线性系统在工程上常用的分析方法不包括()。
A. 相平面法B. 相轨迹法C. 描述函数法D. 逆系统法?正确答案:B7. 求解离散函数的Z变换不包括()方法。
A. 级数求和法B. 部分分式法C. 留数求和法D. 留数计算法?正确答案:C8. 判别一个系统是否稳定有多种方法,其中不包括()。
A. 劳斯判据法B. 奈奎斯特判据法C. 李雅普诺夫第二方法D. 拉普拉斯法?正确答案:D9. 等速采样也称为()。
A. 等效采样B. 周期采样C. 等频率采样D. 数字采样?正确答案:B10. ()适合于研究给定初始状态的二阶自由运动系统。
A. 相平面法B. 相轨迹法C. 描述函数法D. 逆系统法?正确答案:A二,判断题1. 电冰箱可用一阶微分方程描述其动态过程。
A. 错误B. 正确?正确答案:B2. 控制系统的数学模型有动态模型和静态模型之分。
A. 错误B. 正确?正确答案:B3. 如果信号流图有多个回路,各回路之间没有任何公共节点,则称为不接触回路。
A. 错误B. 正确?正确答案:B4. 振荡环节在动态过程中两个储能元件不能进行能量交换。
A. 错误B. 正确?正确答案:A5. 在正弦输入信号下,非线性系统可能呈现出分频振荡。
自动控制原理大作业完成版
一、 设计任务书设计任务是考虑到飞机的姿态控制问题,姿态控制转换简化模型如图所示,当飞机以4倍音速在100000英尺高空飞行,姿态控制系统的参数分别为:4,0.1,0.1,0.111====a a aK ωεωτ设计一个校正网络(),s G c 使系统的阶跃响应超调量小于5%,调节时间小于5s (按2%准则)2、计算机辅助设计(1)simulink仿真框图Simulink仿真框图双击scope显示图像,观察阶跃相应是否达到指标放大图像观察超调量为s t s p 7.4%,3==σ满足要求(2)绘制bode 图校正前的bode图校正后的bode图(3)绘制阶跃相应曲线校正前的阶跃相应曲线校正后的阶跃相应曲线三、校正装置电路图前面为放大装置放大25倍,后面为超前补偿电路,它自身的K 为0.1,相乘之后为指标中的2.5,校正装置电路完成160)16(5.2++=s s G c 。
四、设计结论设计的补偿网络为160)16(5.2++=s s G c 。
经过仿真得出超调量为s t s p 7.4%,3==σ满足要求。
五、设计后的心得体会实际的控制系统和我们在书中看到的标准系统差别很大,参数的要求比书中要求相对要苛刻,在设计校正网络的过程中,遇到很多困难超前滞后用根轨迹法无法求出,只能用simulink 画出仿真框图,通过经过一定的计算大概确定某些参数,通过不断地尝试修改,才能最终得到满足指标要求的阶跃相应曲线,很多时候现实中的参数没有书中的参数给的那么简单,会遇到很多难以想象的复杂状况,所以我们学习控制原理关键是学习怎么处理,如何应用好软件来配合完成系统的设计,现代控制理论不能单纯的通过简单的计算得出结论的,需要我们熟练运用软件来辅助设计,这样我们才能设计好一个校正网络。
附录:绘制bode图程序:g1=tf(16*[1.1],[1,2,16,0]);margin(g1)g2=tf(400*[1,7,6],[1,62,136,960,0]); margin(g2)绘制阶跃相应程序g1=tf(16*[1.1],[1,2,16,0]);h=tf([1],[1]);gc1=feedback(g1,h);t=0:0.01:10;step(gc1,t);gridg2=tf(400*[1,7,6],[1,62,136,960,0]); h=tf([1],[1]);gc2=feedback(g2,h);t=0:0.01:10;step(gc2,t);grid。
自动控制原理作业
在线作业一、单选题1. 一个系统中如果有(D),对系统的稳定性不利。
A. 惯性环节B. 积分环节C. 振荡环节D. 延滞环节2. 对(D)来说,其职能是产生控制量,直接推动被控对象的被控量发生变化。
A. 测量装置B. 比较装置C. 计算装置D. 执行装置3. 如果系统输入大部分是随时间逐渐增加的信号时,则通常选用(B)作为实验信号。
A. 阶跃函数B. 斜坡函数C. 抛物线函数D. 脉冲函数4. 在实际情况中,微分环节由理想微分环节和(B)组成。
A. 比例环节B. 惯性环节C. 积分环节D. 振荡环节5. 当阻尼比等于1时,系统处于(D)情况。
A. 无阻尼B. 过阻尼C. 负阻尼D. 临界阻尼6. 对系统的瞬态响应进行分析,可以考查系统的(C)。
A. 稳定性B. 动态性能C. 稳定性和动态性能D. 稳定性和稳态误差7. 下列参数里, (B)反映的是系统响应的快速性。
A. 峰值时间B. 调节时间C. 延滞时间D. 上升时间8. 对于线性系统的动态性能指标来说,输出响应(B)。
A. 不变B. 越快越好C. 越慢越好D. 不能确定9. 两个或两个以上的方框具有同一个输入,而以各方框输出的代数和作为总输出,这种结构称为(B)。
A. 串联连接B. 并联连接C. 前馈连接D. 反馈连接10. PI调节器又被称为(A)。
A. 比例-积分调节器B. 比例-微分调节器C. 积分调节器D. 微分调节器1. 实轴上属于根轨迹的部分,其右边开环零点与极点的个数之和为(A)。
A. 奇数B. 偶数C. 零D. 正数2. 根轨迹的分支数等于对应特征方程的阶次,即(C)。
A. 开环零点数mB. 开环极点数nC. 开环零点数m和开环极点数n中的较大者D. 开环零点数m和开环极点数n中的较小者3. 比例环节的相频特性是(A)。
A. 0°B. 60°C. 90°D. 180°4. 幅值比随(B)变化的特性被称为幅频特性。
《自动控制原理》习题及解答
自动控制原理习题及解答1. 引言自动控制原理是控制工程中最基础的一门课程,是研究系统的建模、分析和设计的基础。
通过习题的练习和解答,可以加深对自动控制原理的理解和掌握。
本文档将提供一些常见的自动控制原理习题及其解答,希望对学习者有所帮助。
2. 习题2.1 系统建模习题1:一个质量为m的弹簧振子的运动方程可以表示为:$$m\\frac{d^2x(t)}{dt^2} + c\\frac{dx(t)}{dt} + kx(t) = 0$$其中,m(m)为振子的位移,m为阻尼系数,m为弹性系数。
请利用拉普拉斯变换求解该系统的传递函数。
解答:对原方程两边进行拉普拉斯变换得:mm2m(m)+mmm(m)+mm(m)=0整理后可得传递函数:$$\\frac{X(s)}{F(s)} = \\frac{1}{ms^2 + cs + k}$$其中,m(m)为输出的拉普拉斯变换,m(m)为输入的拉普拉斯变换。
2.2 系统分析习题2:有一个开环传递函数为$G(s) =\\frac{3}{s(s+2)(s+5)}$的系统,求该系统的阻尼比和自然频率。
解答:该系统的传递函数可以表示为:$$G(s) = \\frac{3}{s(s+2)(s+5)}$$根据传递函数的形式可以得知,该系统是一个三阶系统,有三个极点。
通过对传递函数进行因式分解可以得到:$$G(s) = \\frac{A}{s} + \\frac{B}{s+2} + \\frac{C}{s+5}$$将上述表达式通分并整理后可得:$$G(s) = \\frac{3s^2 + 16s + 5}{s(s+2)(s+5)}$$通过对比系数可以得到:$$A = 1, B = -\\frac{2}{3}, C = \\frac{5}{3}$$根据阻尼比和自然频率的定义,可以得到:$$\\zeta = \\frac{c}{2\\sqrt{mk}}, \\omega_n =\\sqrt{\\frac{k}{m}}$$其中,m为系统的阻尼系数,m为系统的弹性系数,m为系统的质量。
【免费下载】版自动控制原理作业题
东北农业大学网络教育学院自动控制原理作业题作业题(一)一、控制系统如图所示。
简述该系统的工作原理,说明该系统的给定值、被控制量和干扰量,并画出该系统的方块图。
¼1-7·¢µç»ú-µç¶¯»úµ÷ËÙϵͳÁ¿+E-E¦¨ ·¢µç»ú-µç¶¯»úµ÷ËÙϵͳ二、求有源网络的传递函数。
三、单位反馈控制系统的开环传递函数为,)1)(1()(2+++=cs bs as s Ks G 求:1)位置误差系数,速度误差系数和加速度误差系数;2)当参考输入为时,系统的稳态误差。
2)(1t t t ,,四、已知某一控制系统如图所示,其中为PID 控制器,它的传递函数为,要求校)(s G c s K sK K s G d ip c ++=)(正后系统的闭环极点为和-100,确定PID 控制器的参数。
1010j ±-d i p K K K 和,五、已知某一单位反馈控制系统如图所示。
设计一串联校正装置,使校正后的系统同时满足下列性能指标)(s G c 要求: 跟踪输入时的稳态误差为0.1; 相位裕度为221)(t tr =︒=45γ六、已知负反馈控制系统的开环传递函数为)2)(1()()(++=s s s ks H s G 试绘制控制系统的根轨迹,并依此分析系统的稳定性,计算ξ=0.5时系统的动态性能。
作业题(二)一、控制系统如图所示,输入信号为。
要求系统输出响应的稳态误差为0,试确定K d 的值。
自动控制原理作业题(后附答案)
自动控制原理作业题第一章 基本概念一、简答题1 简述自动控制的基本概念简述自动控制的基本概念2 简述自动控制系统的基本组成简述自动控制系统的基本组成3 简述控制系统的基本控制过程简述控制系统的基本控制过程4 简述自动控制系统的基本分类简述自动控制系统的基本分类5 试比较开环控制和闭环控制的特点试比较开环控制和闭环控制的特点6 简述自动控制系统的性能评价指标简述自动控制系统的性能评价指标二、分析计算题1 液位自动控制系统如图所示。
试分析该系统工作原理,画出系统原理框图,指出被控对象、被控参量和控制量被控参量和控制量2 发动机电压调节系统如图所示,试分析其工作原理,画出系统原理框图,指出其特点。
3液面控制系统如图所示。
试分析该系统的工作原理,指出系统中的干扰量、被控制量及被控制对象,并画出系统的方框图。
控制对象,并画出系统的方框图。
4控制系统如图所示。
简述该系统的工作原理,说明该系统的给定值、被控制量和干扰量,并画出该系统的方块图。
并画出该系统的方块图。
图1-7发电机-电动机调速系统操纵电位计发电机伺服电机减速器负载Θr给定值Ur 前置放大器功放执行元件被控量Wm这是一个开环控制的例子+E-EΘrUr操纵电位计R1R2R3R4放大器直流发电机伺服电机Wd Wm发电机-电动机调速系统减速器负载5火炮随动控制系统如图所示。
简述该系统的工作原理,并画出该系统的原理框图。
第二章 线性控制系统的数学模型一、简答题1 简述建立控制系统数学模型的方法及其数学表示形式简述建立控制系统数学模型的方法及其数学表示形式2 简述建立微分方程的步骤简述建立微分方程的步骤3 简述传递函数的基本概念及其特点简述传递函数的基本概念及其特点4 给出组成控制系统典型基本环节给出组成控制系统典型基本环节二、分析计算题1 有源电网络如图所示,输入量为)(1t u ,输出量为)(2t u ,试确定该电网络的传递函数,试确定该电网络的传递函数2 电枢控制式直流电动机原理图如图所示,电枢控制式直流电动机原理图如图所示,输入量为输入量为)(1t e ,输出量为)(t o q ,试确定其微分方程。
自动控制原理作业
小组作业1查阅资料,以交通领域的一个具体系统为例,(1)画出其实际系统示意图和方框图;(2)解释其工作原理;(3)判断系统是开环或闭环;(4)如果是闭环系统,分析每部分属于什么元件;以高速列车停车位置控制系统为例(1)系统示意图:(2)工作原理:地面精确定位应答器接受到列车至停车点的距离的信号,对于不同的位置,系统输入不同的x,经过放大器将位置信号加以放大输出电压信号v,经由制动系统计算分析作出响应转化为v‘,作用于高速列车改变行驶状态,输出实际位置x‘,与此同时,通过加速度计,测速计,测量列车速度,以及位置测量装置确定列车实际位置和计算列车位置的误差,三者形成反馈控制对列车位置进行调整,使其平稳的停靠在预定位置。
(3)该系统为闭环系统(4)高速列车为被控对象,放大器为放大元件,刹车系统是执行元件,加速度计,测速计,位置测量装置为测量元件小组作业2请列写小组作业1中的系统的机理模型;提示1. 查看相关参考文献熟悉系统的机理;2. 参考本讲建立模型的步骤;设:x1(t)为地面精确定位应答器接受的列车至停车点距离;v1(t)为信号经过放大器输出的电压;x2(t)为制动系统处理电压信号的输出量;x2(t)为作用在高速列车后输出的实际位置。
x3(t)为位置信息经过加速度计,测速计,位置测量装置后的反馈输出量解得: → 2x2’’(t) + 5x2’(t)+20x2(t)= 20x1(t)小组作业3根据已列写出的系统数学模型,(1)画出其方框图;(2)写出各部分的传递函数(前向通道传递函数,反馈通道传递函数,开环/闭环传递函数,输出对输入(扰动)的传递函数,误差对输入(扰动)的传递函数);(3)需要进行结构简化的,利用结构等效变换进行结构简化。
利用结构变换进行结构简化(1)G1=K1G2=K2G3=K3SH1=a S2H2=b S H3=K4且K1=203K2=1000 K3=0.001 K4=1 a=0.1 b=0.1 (2)前向通道传递函数C(s) E(s)=G1(s)G2(s)G3(s)=203s反馈通道传递函数B(s)C(s)= H(s) =H1(s)+H2(s)+H3(s)=0.1s2+0.1s+1开环传递函数B(s)E(s)=G1(s)G2(s)G3(s)H(s)=203s(0.1s2+0.1s+1)闭环传递函数C(s)R(s)=G1(s)G2(s)G3(s)1+G1(s)G2(s)G3(s)H(s)=202s2+5s+20输出对输入的传递函数C(s)R(s)=G1(s)G2(s)G3(s)1+G1(s)G2(s)G3(s)H(s)=202s2+5s+20输出对扰动的传递函数C(s) N(s)=G3(s)1+G1(s)G2(s)G3(s)H(s)= 0.0032s2+5s+20误差对输入的传递函数E(s )R(s)=11+G 1(s )G 2(s )G 3(s )H(s)= 3s2s 2+5s+20误差对扰动的传递函数E(s )N(s )=−G 3(s )H (s )1+G 1(s )G 2(s )G 3(s )H(s)=−0.003(0.1s 2+0.1s+1)2s 2+5s+20(3)可继续简化小组作业4根据所建立的模型分析:(1) 无控制时系统的稳定性,阶跃/斜坡/加速度输入下的稳态误差; (2) 有控制时系统的稳定性,阶跃/斜坡/加速度输入下稳态误差; (1) 系统的特征方程:1+G 开(s )= 0 → 2s 2+5s+20 = 0→ s 1=−5+√135j4s 2=−5−√135j4特征方程的全部根为实部为负的复数,可得线性系统稳定。
自动控制原理作业题 (后附答案)
自动控制原理作业题第一章基本概念一、简答题1 简述自动控制的基本概念2 简述自动控制系统的基本组成3 简述控制系统的基本控制过程4 简述自动控制系统的基本分类5 试比较开环控制和闭环控制的特点6 简述自动控制系统的性能评价指标二、分析计算题1 液位自动控制系统如图所示。
试分析该系统工作原理,画出系统原理框图,指出被控对象、被控参量和控制量2 发动机电压调节系统如图所示,试分析其工作原理,画出系统原理框图,指出其特点。
3液面控制系统如图所示。
试分析该系统的工作原理,指出系统中的干扰量、被控制量及被控制对象,并画出系统的方框图。
4控制系统如图所示。
简述该系统的工作原理,说明该系统的给定值、被控制量和干扰量,并画出该系统的方块图。
图1-7发电机-电动机调速系统操纵电位计发电机伺服电机减速器负载Θr给定值Ur 前置放大器功放执行元件被控量Wm这是一个开环控制的例子+E-EΘrUr操纵电位计R1R2R3R4放大器直流发电机伺服电机Wd Wm发电机-电动机调速系统减速器负载5火炮随动控制系统如图所示。
简述该系统的工作原理,并画出该系统的原理框图。
第二章 线性控制系统的数学模型一、简答题1 简述建立控制系统数学模型的方法及其数学表示形式2 简述建立微分方程的步骤3 简述传递函数的基本概念及其特点4 给出组成控制系统典型基本环节二、分析计算题1 有源电网络如图所示,输入量为)(1t u ,输出量为)(2t u ,试确定该电网络的传递函数2 电枢控制式直流电动机原理图如图所示,输入量为)(1t e ,输出量为)(t o ,试确定其微分方程。
图中,电动机电枢输入电压;电动机输出转角;电枢绕组的电阻;电枢绕组的电感;流过电枢绕组的电流;电动机感应电势;电动机转矩;电动机及负载这和到电动机轴上的转动惯量;电动机及负载这和到电动机轴上的粘性摩擦系数。
3 某RC 电路网络原理图如图所示,电压()i u t 为输入量,()o u t 为输出量,试画出其方块图,并求其传递函数。
西南交大网络教育学院《自动控制原理A》作业
自动控制原理第1次作业,注释如下:一、不定项选择题(有不定个选项正确,共4道小题)1. 自动控制的基本控制方式包括: [不选全或者选错,不算完成](A) 开环控制(B) 闭环控制(C) 复合控制(D) 手动控制你选择的答案: [前面作业中已经做正确] [正确]正确答案:A B C解答参考:2. 以下不属于闭环控制系统的特点是: [不选全或者选错,不算完成](A) 采用了反馈(B) 系统的响应对扰动不敏感(C) 构造简单(D) 存在稳定性问题你选择的答案: [前面作业中已经做正确] [正确]正确答案:C解答参考:3. 闭环控制系统中,测量元件的输入信号是该控制系统的:[不选全或者选错,不算完成](A) 输入信号(B) 输出信号(C) 偏差信号(D) 反馈信号你选择的答案: B [正确]正确答案:B解答参考:4. 自动控制系统按输入特征分类,可分为: [不选全或者选错,不算完成](A) 恒值系统和随动系统(B) 线性系统和非线性系统(C) 连续系统和离散系统(D) 单输入单输出系统和多输入多输出系统你选择的答案: A [正确]正确答案:A解答参考:二、主观题(共4道小题)5. 对控制系统的基本要求主要包括稳、准、和快。
6. 自动控制系统的偏差是指系统的输入信号和反馈信号的差值。
7. 简述反馈控制系统的工作原理。
反馈控制系统的工作原理是:反馈控制系统利用反馈将系统的输出量通过测量元件返回到输入端,与给定输入相比较得到偏差信号。
偏差信号经过控制器产生控制作用,控制作用使得偏差减少或消除,保证系统的输出量按给定输入的要求变化。
8.直流电动机转速控制系统如下图,简述其工作原理,并说明系统中的输入量、输出量、控制器、执行机构、测量元件以及该系统采用何种控制方式?工作原理:输入端输入期望的转台速度(实际上是设置一定的电压),实际的转台速度通过转速计(测量元件)转换成与转轴转速成比例的电压信号返回输入端与设置的电压相比较。
自动控制原理大作业报告
背景:卫星通讯具有通讯距离远、覆盖范围大、通讯方式灵活、质量高、容量大、组网迅速基本不受地理和自然环境限制等一系列优点。
近来,采用小口径天线的车载卫星天线得到越来越广泛的应用。
系统采用8052单片机,对步进电动机运转和锁定进行有效控制。
在我做的大作业中选取了其中自动控制的部分进行分析和校正。
系统的提出:天线方位角位置随动系统建摸系统的原理图如图所示。
系统的任务是使输出的天线方位角θ0(t)跟踪输入方位角θi(t)的变化,试建立该系统的数学模型。
系统的参数值如下:电源电压V=10v;功率放大器的增益和时间常数K1=1,T1=0.01s;伺服电动机的电枢回路电阻Rd =8Ω,转动惯量Ja=0.02Kg m2,粘性摩擦系数f a=0.01N m s/rad,反电势系数C e=0.5V s/rad,转矩系数C m=0.5N m/A;减速器各齿轮的齿数为Z1=25,Z2= Z3=250;负载端的转动惯量JL=1 Kg m2粘性摩擦系数fL=1N m s/rad。
预定目标:阶跃响应的稳态误差为0,斜坡响应的稳态误差小于5%,阶跃响应的超调量小于25%,调节时间小于0.5s解:采用组合系统建摸法,根据原理图可以将系统划分为六个环节:输入电位器,差分放大器,功率放大器,电动机,减速器和输出电位器。
首先建立各个环节的数学模型,然后将它们组合起来则可得系统的数学摸型。
1环节的数学模型(1) 输入电位器与输出电位器由于输入电位器与输出电位器的线路和电位器的结构均相同,故这两个环节的传递函数是一样的。
对电位器环节的输出电压与输入角位移的特性进行线性化处理则可视其为一比例环节。
由图可知;当动触头位于电位器中心时其输出电压为零;朝前或朝后转动5圈其输出电压变化均为10V。
于是可得它们的传递函数为(2) 差分放大器与功率放大器放大器通常工作在放大状态,可不考虑饱和的影响。
差分放大器的时间常数比起功率放大器以及系统的其他环节的时间常数要小得多,可以忽视不计。
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题1-6 图p1-1所示为一直流发电机电压自动控制系统。
图中,1为发电机;2为减速器,3为执行机构,4为比例放大器,5为可调电位器。
(1)该系统由哪些环节组成?各起什么作用?
(2)绘制出系统的框图,说明当负载电流变化时,系统如何保持发电机的电压恒定?
1 2-13(a)试求下图中电路的传递函数
2 2-14(a)试求下图中有源网络的传递函数w(s)=Uc(s)/Ur(s)
12-24:已知一个系统由如下方程组组成,试绘制系统的方框图,并求出闭环传递函数
2 2-28 求图中系统的闭环传递函数
答案:
设第一和第二运算放大器的的输出端电压分别为U1和U2,根据运算放大器的“虚地”概念可以列出如下方程组
消除中间变量U1和U2,整理的闭环传递函数为
1
3-10
(10.0分)正确答案:
答案解析:
闭环传递函数对2分,特征方程1分,劳斯表列对5分,结论2分2
3-11
(10.0分)
正确答案:
答案解析:
阻尼比和频率占5分,剩余部分5分
3
3-19:有闭环系统的特征方程如下,试用劳斯判据判断系统的稳定性,并说明特征根在复平面的分布。
(10.0分)
正确答案:
答案解析:
表头列对5分,计算和结论5分
4
3-19:有闭环系统的特征方程如下,试用劳斯判据判断系统的稳定性,并说明特征根在复平面的分布。
(10.0分)
正确答案:
答案解析:
表头列对5分,计算和结论5分
5
3-19:有闭环系统的特征方程如下,试用劳斯判据判断系统的稳定性,并说明特征根在复平面的分布。
(10.0分)
正确答案:
解:根据系数中出现了负值,不用列劳斯表就可以判断系统是不稳定的,但是要知道根的分布情况还是要用劳斯表的。
答案解析:
表头5分,计算和结论5分
6
3-19:有闭环系统的特征方程如下,试用劳斯判据判断系统的稳定性,并说明特征根在复平面的分布。
(10.0分)
正确答案:
答案解析:
表头5分,计算和结论5分
7
3-21:已知系统的结构图如图所示,试用劳斯判据确定使系统稳定的K f的取值范围
(10.0分)
正确答案:
答案解析:
得出方程3分,表头3分,计算和结论各占2分8
3-23:设单位反馈系统的开环传递函数是
(10.0分)
正确答案:
答案解析:
写出特征方程2分,代入Z平面得到方程2分,劳斯表列写和计算4分,结论2分9
3-24: 设有一单位反馈系统,如果其开环传递函数为:
(10.0分)
正确答案:
答案解析:
变成标准形式2分,每问计算各占4分
10
3-24: 设有一单位反馈系统,如果其开环传递函数为:
(10.0分)
正确答案:
答案解析:
变成标准形式2分,每问计算各占4分11
3-26:
(10.0分)
正确答案:
答案解析:
每一问各占5分。
12
3-23 补充
正确答案:
答案解析:
写出特征方程2分,代入Z平面得到方程2分,劳斯表列写和计算4分,结论2分
计算题(共1题,50.0分)
1
正确答案:
答案解析:
二.其它(共1题,50.0分)1
正确答案:
答案解析:
一.简答题(共4题,100.0分)
1
5-8 绘制下列各传递函数对应的幅相频率特性
正确答案:
答案解析:2
正确答案:
答案解析:3
正确答案:
答案解析:4
正确答案:
答案解析:。